Medición óptica de fuerzas en plásticos
Fascinantes "muelles moleculares": un equipo de investigación desarrolla tintes que indican cuantitativamente las tensiones en los plásticos
Bajo la dirección del Prof. Dr. Michael Sommer, catedrático de química de polímeros de la Universidad Tecnológica de Chemnitz, un equipo de investigación ha logrado construir varias moléculas colorantes del campo de los llamados mecanóforos y utilizarlas para mostrar cuantitativamente las tensiones moleculares. Con ayuda de estas moléculas, las tensiones de los componentes se hacen visibles mediante cambios de color en función de su intensidad.
El color de la muestra cambia en función de la fuerza. Las responsables de ello son las moléculas colorantes de la zona de los llamados mecanóforos, que hacen visibles las tensiones cambiantes de los componentes mediante cambios de color.
Jacob Müller
El concepto de estos colorantes no es nuevo. Sin embargo, los mecanóforos anteriores sólo podían indicar la presencia o ausencia de tensiones en los plásticos. Sin embargo, el Departamento de Química de Polímeros lleva varios años desarrollando muelles de torsión moleculares, que están demostrando ser una clase de mecanóforos especialmente adecuada y prometedora. Las moléculas de colorante "sienten" la fuerza que actúa dentro de un plástico e indican la tensión mecánica cambiando de color. Si la fuerza sobre el plástico disminuye, las moléculas de colorante vuelven a su estado original. Por eso estos tintes también se conocen como "muelles moleculares": se estiran y vuelven a su estado original.
En trabajos anteriores de la Cátedra de Química de Polímeros, las tensiones mecánicas en los plásticos ya podían visualizarse de forma continua y las fuerzas moleculares podían deducirse de la teoría. "Esto aporta grandes ventajas allí donde es importante visualizar las tensiones en los plásticos en tiempo real. Esta nueva forma de análisis de daños podría dar lugar pronto a aplicaciones prácticas", afirma Sommer.
La calibración de muelles de torsión moleculares permite la medición cuantitativa de fuerzas
En el presente trabajo de investigación, publicado en la revista Angewandte Chemie, se profundiza en este concepto mediante la calibración experimental de las fuerzas. Esto permite determinar ópticamente la magnitud de las fuerzas en diferentes plásticos. "El paso de la mera visualización y las fuerzas calculadas teóricamente en los plásticos a las fuerzas determinadas directamente de forma experimental es grande", asegura Sommer. Esto fue posible gracias al uso de mecanóforos de funcionamiento diferente, cuyo comportamiento puede compararse entre sí bajo determinadas tensiones mecánicas. De este modo, se pudieron determinar las fuerzas moleculares. Hasta ahora, se investigaban sobre todo las fuerzas de tracción. Aún queda por investigar hasta qué punto las fuerzas de compresión externas, por ejemplo, también pueden determinarse de forma fiable y cuantitativa.
Mejores propiedades mecánicas, envejecimiento de plásticos y análisis de daños
Los resultados constituyen una amplia base para una comprensión fundamental aún mejor de las fuerzas en los materiales poliméricos. En otros experimentos llevados a cabo como parte de un proyecto recientemente financiado por la DFG junto con los grupos de trabajo del Prof. Günter Reiter (física de polímeros) y Priv.-Doz. Michael Walter (Teoría) de la Universidad de Friburgo, se investigarán las distribuciones microscópicas de fuerzas en diversos plásticos y también se utilizarán componentes impresos en 3D. "En la actualidad, la visualización de distribuciones de fuerza con resolución espacial y temporal sólo puede modelarse teóricamente. El uso de muelles de torsión ofrece oportunidades únicas para obtener información microscópica que podría revolucionar el análisis del envejecimiento y los daños", afirma Sommer.
Sommer está especialmente satisfecho por la elevada contribución científica del primer autor, Raphael Hertel, que diseñó y llevó a cabo experimentalmente gran parte del trabajo como estudiante de doctorado en el Departamento de Química de Polímeros. "Siempre es un gran placer ver a alguien del grupo de trabajo trabajando en proyectos tan exitosos de forma independiente", dice Sommer.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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